可编程控制器程序设计.方案

第4章可编程控制器程序设计•教学提示：本章主要介绍了可编程控制器的各种程序设计方法，包括梯形图程序设计方法、状态转移程序设计方法和顺序控制类程序设计方法。每种方法经过举例分析，详细介绍了它们的特点、设计思路和设计步骤。•教学目标：熟悉梯形图编程的基本规则，熟练掌握梯形图编程的方法；掌握状态转移图的设计步骤和方法；设计顺序控制类程序时，领会各种方法的设计思路，并能灵活应用。4.1梯形图程序设计方法4.2状态转移程序设计方法4.3顺序控制类程序设计方法4.1梯形图程序设计方法4.1.1梯形图设计基本规则4.1.2输入信号最高频率4.1.3梯形图程序设计方法的步骤4.1.4梯形图程序设计注意事项4.1.1梯形图设计基本规则梯形图编程基本规则：1、梯形图编写程序时，应按照自上而下、自左而右的顺序编写。2、梯形图的每一行（阶梯）都是始于左母线，终于右母线。(a)不正确(b)正确图4.1线圈与右母线之间不可以有接点3、线圈不能直接与左母线相连接。(a)不正确(b)正确图4.2线圈不能直接与左母线相连接4、梯形图中的接点可以任意的进行串联或并联,但线圈不能串联输出。5、不宜采用双线圈输出。(a)双线圈输出(b)并行输出图4.3双线圈输出和并行输出6、梯形图中接点要画在水平线上，不可画在垂直线上(a)不可编程桥式电路(b)可编程等效电路图4.4桥式电路及等效电路7、梯形图编程时应遵循“上重下轻”和“左重右轻”的原则。即串联多的支路应尽可能放在上部，并联多的支路应尽可能放在左边靠近左母线。(a)安排不当(b)安排得当图4.5“上重下轻”原则(a)安排不当(b)安排得当图4.6“左重右轻”原则8、每个程序结束后都应该有程序结束指令（END）。4.1.2输入信号的最高频率•PLC采用集中I/O刷新的扫描工作方式，从PLC的输入信号发生到引起输出端信号变化是需要一定时间的，另外，PLC输入端采用RC滤波、光电隔离等技术，也会引起输出滞后。这样，如果输入信号变化的太快，即输入信号ON时间或OFF时间过窄，PLC就有可能检测不到。也就是说，PLC的输入信号的ON或OFF时间必须比PLC的扫描周期长。•若扫描周期为10ms，考虑输入滤波器的响应延迟时间也为10ms，则要求输入信号的ON或OFF时间至少为20ms，即输入脉冲的周期至少为40ms。因此，要求输入脉冲的频率低于25HZ（1/40ms）。这种滞后响应对一般的控制系统是无关紧要的，而且还能增强系统的抗干扰能力，所以在一般的工业顺序控制场合是完全允许的，但它不能满足要求I/O响应速度快的实时控制场合。•现在的PLC除了提高扫描速度、优化用户程序外，还在软硬件上采取响应的措施，来提高I/O的响应速度。（1）在硬件方面，可选用高速计数模块、快速响应模块等。FX2系列PLC提供了8个高速输入（X0～X7），其滤波时间很短。（2）在软件方面，主要采用改变信息刷新方式、运用中断技术、调整输入滤波器等措施，可以处理的输入信号的最高频率有很大的提高。随着技术的不断进步，三菱FX系列中最高档次机型FX2N系列PLC可以处理的输入信号的频率可达20KHZ。4.1.3梯形图程序设计方法的步骤例4.1图4.7为一个电机点动和长动的继电接触控制电路，该控制电路既可实现点动运转，又可实现连续运转。试将其控制部分线路改成与其等效的PLC控制的梯形图。图4.7电机点动和长动控制电路图设计步骤如下：(1)明确功能要求①接上电源，按下点动按钮SB1后，KM线圈得电，KM主触点闭合，电机作点动运转。②按下长动按钮SB2，KA线圈得电，KA辅触点闭合自锁，KM线圈得电，电机作长动运转。③按下停止按钮SB3，电机停止运转。④FR为热继电器触点，动作后电机因过载保护而停止。(2)设置I/0端口输入输出名称输入点名称输入点点动按钮SB1X001接触器KMY000长动按钮SB2X002停止按钮SB3X003热继电器触点FRX004(3)梯形图(4)指令表图4.8梯形图和指令表(5)画接线图图4.9电机点动和长动接线图•虽然图4.7中SB3和FR都是常闭接点，但改成PLC控制后，它们都是以常开接点的形式与PLC相连接，这一点尤其要注意。•只要是输入点就接在PLC的输入端与输入COM之间，如SB1接在X001和COM之间；只要是输出点就与电源串联后接在PLC的输出端与输出COM之间，如KM与220V电源串联后接在Y000和COM之间。•PLC控制接线图实际上只与输入/输出点有关，当我们需要改变控制要求而输入/输出点不变时，PLC控制接线图就可以不变了，这就是采用PLC控制优于传统的继电器控制之处。4.1.4梯形图程序设计的注意事项1、中间元件的设置在梯形图中，某些元件只作为中间过渡作用而不起最后输出作用时，可以把它们设置为辅助继电器，如图4.7中的KA。当多个线圈都受某一触点的串并复杂电路控制时，在梯形图中就可设置用该电路控制的辅助继电器，再用该辅助继电器的触点去控制线圈输出，以起到简化电路的作用。2、梯形图编程时，应尽量少占用PLC的输入点和输出点•PLC的价格与I/O点数有关，减少PLC的输入/输出点是降低硬件费用的主要措施。在梯形图中，同一编号的接点可以使用无限多次。一般只需同一输入器件的常开/常闭接点给PLC提供一个输入信号，在梯形图中就可多次使用该输入继电器的常开/常闭接点了。•有时候，在一些继电器电路中，几个输入触点的串并电路作为整体多次出现时，我们可以将它们当作PLC的一个输入信号，就占用一个输入点。3、程序的优化设计在用梯形图设计程序时，为减少语句指令表的条数，串联多的支路应尽可能放在上部，并联多的支路应尽可能放在左边靠近左母线，单个接点在串联电路中应放在电路块的右边，在并连电路中应放在电路块的下面。另外，在有线圈并联的电路中，将单个线圈放在上面。图4.10安排不当的梯形图和优化后的梯形图（a）安排不当的梯形图（b）优化后的梯形图比较一下图4.10中（a）图和（b）图，不难看出优化后的梯形图不仅少用了块指令ORB和ANB，也避免了使用入栈指令MPS和出栈指令MPP，缩短了指令表的条数。在用梯形图设计程序时，应遵守梯形图设计的基本规则，使图形尽可能的优化，电路清晰，易于读图。4.2状态转移程序设计方法4.2.1状态转移程序设计方法的步骤4.2.2状态转移图的编制方法4.2.1状态转移程序设计方法的步骤SFC主要有“工步”、“状态转移”、“状态输出”及“有向线段”等元素组成，状态转移程序设计方法的一般步骤如下：(1)确定SFC的工步每一个工步都是描述控制系统中对应的一个相对稳定的状态，在整个控制过程中，执行元件的状态变化决定了工步数。注：*表示序号（a）一般工步（b）初始工步图4.11工步的符号表示初始工步对应于初始状态，是控制系统运行的起点。一个控制系统至少有一个初始工步。一般工步指控制系统正常运行时的某个状态。(2)设置状态输出确定好SFC的工步后，即可设置每一工步的状态输出，也就是明确每个状态的负载驱动和功能。状态输出符号写在对应工步的右边，假设此时对应输出用Y001表示，如图4.12所示。图4.12状态输出符号表示(3)设置状态转移•状态转移说明了从一个工步到另一个工步的变化。转移符号如图4.13所示，即用有向线段加一段横线表示。•转移需要满足转移条件，我们可以用文字语言或逻辑表达式等方式把转移条件表示在转移符号旁。图4.13转移符号表示4.2.2状态转移图的编制方法例4.2设计一个控制洗衣机清洗的SFC程序。（1）功能要求①按下起动按钮SB1后，控制洗衣机清洗的电机先正转3s，停3s；②然后电机变为反转3s，停3s；③重复5次，自动停止清洗。(2)I/O端口设置输入输出名称输入点名称输入点起动按钮SB1X001正转接触器KM1Y001反转接触器KM2Y002(3)状态分配可以把整个工作过程分成4个工步，如下表中第1列的第一工步到第四工步，其中每个工步对应一个状态，如下表中3第2列所示。T3、0C(4)状态输出状态输出如上表中第3列所示，即写出每个状态的负载驱动与功能。(5)状态转移状态转移如上表中第4列所示，即写出状态转移的条件和状态转移的方向。如上表中当转移条件X001成立时，状态从S2转移到S20，此时电机正转。如上表中当T3时间到，但清洗次数C0没到时，状态从S23转移到S20，此时又开始重复正转；当T3时间到，清洗次数C0也到时，状态从S23转移到S2，洗衣机就自动停止清洗。(6)绘制状态转移图对照状态表绘制状态转移图，由状态转移图，可以转换成相应的梯形图，如图4.14所示。复杂的控制系统的状态转移图由单流程状态、选择结构状态流程和并行结构状态流程组成。图4.1.4控制洗衣机清洗的状态转移图•选择性结构状态流程的特点是在多个分支结构中，当状态的转移条件在一个以上时，根据转移条件来选择转向具体哪个分支。图4.14中，状态S23之后有一个选择结构分支，当状态S23被击活时，如果转移动条件T3为ON、C0为OFF，将转移到状态S20；如果转移动条件T3为ON、C0也为ON，将转移到状态S2。•并行结构状态流程的特点是当某个状态的转移条件满足时，将同时执行两个或两个以上的分支，称为并行结构分支。例4.3中SFC即为并行结构状态流程。结论：复杂的控制系统的状态转移图由单流程状态、选择结构状态流程和并行结构状态流程组成。•选择性结构状态流程的特点是在多个分支结构中，当状态的转移条件在一个以上时，根据转移条件来选择转向具体哪个分支。图4.14中，状态S23之后有一个选择结构分支，当状态S23被击活时，如果转移动条件T4为ON、C0为OFF，将转移到状态S20；如果转移动条件T4为ON、C0也为ON，将转移到状态S2。•并行结构状态流程的特点是当某个状态的转移条件满足时，将同时执行两个或两个以上的分支，称为并行结构分支。例4.3中SFC即为并行结构状态流程。例4.3某钻床控制系统的控制过程如下：用钻床来加工盘状零件上的孔，放好工件后，按下起动按钮X000，Y000为ON，工件被加紧，加紧后压力继电器X001为ON，甲、乙两个钻头同时向下给进Y001、Y003为ON。甲钻头到限位开关X002设定的深度时，Y002为ON，甲钻头上升；乙钻头钻到限位开关X004设定的深度时，Y004为ON，乙钻头上升。X003、X005为甲、乙两个钻头的上限位开关，两个都到位后，Y000为OFF，使工件松开，松开到位后，限位开关X006为ON，系统返回到初始状态。钻床甲、乙两个钻头的工作示意图如图4.15所示，试画出该控制系统的状态流程图及相应的步进梯形图。图4.15钻床钻头的工作示意图解：根据要求和工作示意图，可以画出状态表由状态表可以画出状态转移图，如图4.16所示图4.16钻床控制系统状态转移图4.3顺序控制类程序设计方法4.3.1使用起保停电路的编程方法4.3.2状态转化的编程方法4.3.3步进指令的编程方法图4.18起保停电路4.3.1使用起保停电路的编程方法•图4.18中，辅助继电器M1、M2和M3代表状态转移图中顺序相连的3个工步，X001是M2之前的转化条件，当M1为活动步，即M1为ON，转换条件X001满足时，X001的常开接点就闭合，此时可以认为M1和X001的常开接点组成的串联电路作为转换实现的两个条件，使后续工步M2变为活动步，即M2为ON，同时使M1变为不活动步，即M1为OFF。•X002是M2之后的转换条件，为了使工步M2为ON后能保持到转换条件X002满足，就必须有保持功能或有记忆功能的电路来控制代表工步的辅助继电器，起保停电路就是典型的有记忆功能的电路。利用起保停电路由状态转移图画出梯形图，通常要从以下两个方面进行考虑。(1)工步的处理•在起保停电路中，用辅助继电器来代表工步，当某一工步为活动步时，对应的辅助继电器为“ON”状态。当某一转换实现时，该转换的后续步变为活动步，前级步就变为不活动步。•在设计起保停电路时，关键是找出起它的动条件和停止条件。转换实现的条件是它的前级步为活动步，并且满足相应的转换条件。